微喷补灌对麦田土壤物理性状及冬小麦耗水和产量的影响

黄淮海麦区水资源短缺,探明畦灌和微喷补灌对麦田土壤物理性状及冬小麦耗水特性、产量和水分利用效率调节的差异,可为该地区冬小麦节水高产栽培提供理论和技术支持。2016—2018年冬小麦生长季,设置畦灌和微喷补灌两处理,研究其对麦田0～40 cm土层土壤容重、总孔隙度、毛管孔隙度、田间持水率,及冬小麦各生育阶段棵间蒸发量、蒸腾量、籽粒产量和水分利用效率的影响。结果表明微喷补灌处理与畦灌处理相比, 0～20 cm土层土壤容重降低,总孔隙度、毛管孔隙度和田间持水率增加;冬小麦返青后春季分蘖明显减少,返青至拔节期的棵间蒸发量和蒸腾量及全生育期总耗水量均显著减少;籽粒产量无明显变化,但水分利用效率显著提高,说明微喷补灌可以改善麦田土壤物理性状,优化冬小麦群体结构,通过减少棵间蒸发和植株无效蒸腾降低麦田耗水量,从而在维持高产水平的同时提高水分利用效率。     

测墒补灌深度对济麦22冠层光截获和荧光特性及籽粒产量的影响

测墒补灌是近年开发的一种小麦节水栽培新技术,水分管理的土层深度是该技术的关键因素之一。本研究以济麦22为试验品种,于2013—2014和2014—2015年度在山东兖州进行大田试验,设置4个测墒补灌土层深度,补灌至目标土层拔节期相对含水量70%和开花期相对含水量75%,以定量灌溉(拔节期和开花期各灌水60 mm)和全生育期不灌水处理为对照,通过测定花后0~30 d灌浆阶段小麦冠层光截获特性、群体光合速率、旗叶荧光特性,以及最终籽粒产量和水分利用效率,以明确测墒补灌达到增产的光合基础及最佳土层。当补灌土层为0~20 cm时,灌水量为50.1~51.2 mm,小麦叶面积指数、冠层光合有效辐射截获量、冠层光截获率和群体光合速率,以及旗叶实际光化学效率(ΦPSII)和最大光化学效率(Fv/Fm)在各灌水处理中最低;补灌土层为0~40 cm时,灌水量为73.1~93.1 mm,上述前4项指标比补灌深度20 cm时依次提高6.0%~42.4%、8.5%~27.9%、6.7%~14.5%、11.0%~14.6%,同时旗叶ΦPSII和Fv/Fm亦显著提高;补灌深度加大至60 cm(灌水量87.5~105.4 cm)和80 cm(灌水量101.8~115.0 cm)时,这些指标无显著增加。与光合特性相关指标一致,籽粒产量也表现为补灌深度大于40 cm的3个处理间无显著差异,且与定量灌溉对照无显著差异,但都显著高于补灌深度20 cm处理。在本试验条件下,对0~40 cm土层实施测墒补灌,较定量灌溉减少用水26.9~46.9 mm,水分利用效率提高16.2%~16.7%,灌溉效益增加34.0%~68.1%,说明在类似生态条件下,中穗型小麦品种济麦22测墒补灌节水栽培技术的目标土层为0~40 cm。     

拔节期补灌对两种土壤质地上冬小麦旗叶衰老特性和籽粒产量的影响

为明确不同质地土壤条件下,拔节期补灌对冬小麦旗叶衰老特性、光合速率、籽粒产量和水分利用效率的影响,2013-2014和2014-2015冬小麦生长季,在粉壤土和沙壤土地块进行补灌试验,以全生育期不灌水处理(D0)为对照,设4个灌水处理,分别是拔节期目标湿润层为0~10 (D1)、0~20 (D2)、0~30 (D3)和0~40 cm (D4),目标相对含水量均为100%,4个灌水处理开花期补灌水量均以0~20 cm土层相对含水量达100%为目标。结果显示,随目标湿润层深度增加,两种质地土壤地块小麦拔节期补灌水量均明显增加,开花期补灌水量变化较小。随拔节期灌水量的增大,开花后小麦旗叶可溶性蛋白含量、超氧化物歧化酶活性、过氧化氢酶活性、旗叶光合速率均呈升高趋势,丙二醛含量呈下降趋势;粉壤土条件下D3与D4无显著差异,沙壤土条件下D2、D3和D4处理间无显著差异。随着拔节期目标湿润层深度的增加,两种土壤质地的麦田耗水量和籽粒产量均呈增加趋势,D4与D3处理间籽粒产量无显著差异;而水分利用效率则呈先升后降趋势,D4显著低于D3或D2处理。在本试验条件下,根据某一深度土层土壤饱和水亏缺量进行补灌,无论是粉壤土还是沙壤土,拔节期均以补灌至0~30 cm土层相对含水量达100%为最佳,有利于延缓旗叶衰老,提高光合速率,并可获得较高的籽粒产量和水分利用效率。     

不同底墒条件下补灌对冬小麦耗水特性、产量和水分利用效率的影响

我国黄淮平原水资源紧缺,而且年际间降水量及其时间分布存在较大差异,探明不同底墒条件下补充灌溉对冬小麦产量和水分利用效率的调节效应及其生理基础,可为该地区冬小麦节水高产栽培提供理论和技术支持。2013—2014和2014—2015年冬小麦生长季,在播种期0~100 cm土层土壤贮水量分别为201.5(A)、266.3(B)和317.0mm(C)3种底墒条件下,各设置4个补灌水处理,包括不灌水、拔节期+开花期补灌、越冬期+拔节期+开花期补灌、播种期+拔节期+开花期补灌,研究不同处理冬小麦耗水特性、旗叶光合、干物质积累与分配、产量及水分利用效率的差异。结果表明,冬小麦生育期总耗水量和土壤水消耗量均随播种期底墒的提高而增加。在底墒A和B条件下,冬小麦主要消耗降水和灌溉水。提高播种期补灌水平或于越冬期补灌,冬小麦在底墒A条件下对土壤水的消耗量显著增加,在底墒B条件下对土壤水的消耗量显著减少。在底墒C条件下,冬小麦耗水以土壤水为主,其次为降水,再次为灌溉水;播种期或越冬期补灌显著增加生育期总耗水量,对土壤水消耗量则无显著影响。于播种期、拔节期和开花期补灌,冬小麦在底墒A条件下可获得较高的籽粒产量,但水分利用效率较低;在底墒B条件下籽粒产量和水分利用效率均较高;在底墒C条件下,仅于拔节期和开花期补灌即可获得高产和高水分利用效率,播种期和越冬期无需补灌。综上所述,播前底墒是实施冬小麦合理补灌的重要依据。     

施氮深度对旱地小麦耗水特性和干物质积累与分配的影响

为确定黄淮冬麦区旱地小麦施氮技术的最佳施肥深度,2010-2012连续两年度在大田条件下设置氮肥表面撒施(D1),施氮深度10 cm (D2)、20 cm (D3)和30 cm (D4) 4个处理,研究了施氮深度对旱地小麦山农16和烟农0428耗水特性和干物质积累与分配的影响。与D1和D2处理相比,D3和D4处理在拔节至开花期和开花至成熟期的耗水量显著提高,40~120 cm土层土壤贮水消耗量显著增加,在降水量较丰富的2011-2012年度,D3和D4处理120~160 cm土层土壤贮水消耗量也显著高于D1和D2处理(高4.0~5.3 mm), 说明20~30 cm施氮肥有利于提高土壤水分的利用, 尤其是土壤深层贮水的利用,满足小麦拔节后的水分需求; D3和D4处理拔节至开花期和开花至成熟期干物质积累量均显著高于D1和D2处理,成熟期和开花后干物质积累量分别高642.1~2006.8 kg hm^-2和394.5~723.1 kg hm^-2。D3的籽粒产量和氮肥偏生产力与D4无显著差异,均显著高于D1和D2,水分利用效率较高。因此,20 cm是黄淮冬麦区旱地冬小麦的适宜施氮深度。     

耕作方式对小麦开花后旗叶水势与叶绿素荧光参数日变化和水分利用效率的影响

2007-2009年小麦生长季, 以高产小麦品种济麦22为试验材料, 利用测墒补灌技术确定灌水量, 研究高肥力条件下条旋耕、深松+条旋耕、旋耕、深松+旋耕和翻耕5种耕作方式对土壤含水量、小麦开花至成熟阶段耗水量及其水分来源、旗叶水势和叶绿素荧光参数日变化、籽粒产量和水分利用效率的影响。结果表明, 深松+条旋耕和深松+旋耕处理成熟期60~200 cm各土层的土壤含水量均低于其他处理, 表明深松促进了小麦对深层土壤贮水的吸收。深松+条旋耕处理开花至成熟阶段的土壤贮水消耗量及其占阶段耗水量的比例最高, 其降水量和灌水量占阶段耗水量的比例最低。深松+条旋耕处理在6:00~18:00的旗叶水势、8:00~14:00的旗叶最大光化学效率(F_v/F_m)和实际光化学效率(Φ_PSII)均高于条旋耕处理, 表明深松有利于小麦旗叶在灌浆中后期保持较高的生理活性, 深松+旋耕和旋耕处理间的规律与其一致。深松+条旋耕处理在2个生长季的籽粒产量分别为9 516.48和8 957.92 kg hm⁻², 与深松+旋耕处理无显著差异, 翻耕处理次之, 条旋耕和旋耕处理低于上述处理。深松+条旋耕处理的水分利用效率最高, 深松+旋耕处理次之, 条旋耕和旋耕处理低于翻耕处理。本试验条件下, 深松+条旋耕是兼顾高产节水高效的耕作方式。     

不同土层测墒补灌对小麦旗叶光合特性和干物质积累与分配的影响

2011-2012和2012-2013年连续2个小麦生长季,在大田条件下,设置0~20 cm (D1)、0~40 cm (D2)、0~60 cm (D3)和0~140 cm (D4) 4个土层测定土壤含水量,以各土层平均土壤相对含水量拔节期65%和开花期70%为目标相对含水量,全生育期不灌溉为对照处理 (D0),研究依据不同土层的土壤含水量测墒补灌对小麦旗叶光合特性和干物质积累与分配的影响。结果表明：D2的开花期叶面积指数和单位土地面积上旗叶叶面积、开花后7 d和14 d的旗叶净光合速率和实际光化学效率均高于其他处理,而气孔限制值低于其他处理;D2的成熟期干物质积累量、开花后干物质向籽粒的分配量和开花后同化物分配对籽粒的贡献率亦高于其他处理。两年度D2的籽粒产量分别为9367.4 kg hm^-2和9727.5 kg hm^-2,均显著高于其他处理;同时,D2的水分利用效率高于D0、D3和D4处理,与D1处理无显著差异。因此,于小麦拔节期和开花期依据0~40 cm土层的土壤含水量测墒补灌是同步实现高产和高水分利用效率的有效措施。     

施氮量对旱地小麦耗水特性和产量的影响

2009—2010和2010—2011小麦生长季, 分别利用小麦品种济麦22和山农16, 研究了施氮量0 (N0)、90(N1)、120 (N2)、150 (N3)、180 (N4)和210 kg hm^-2 (N5)条件下的小麦耗水特性和产量水平。N3处理的耗水量在播种至拔节期与N1和N2处理无显著差异, 但在拔节至成熟期显著高于N1和N2处理; N4处理各阶段耗水量与N3处理无显著差异; N5处理在返青至开花期耗水量显著增加。当施氮量由90 kg hm^-2增加到150 kg hm^-2时, 小麦对深层土壤贮水利用能力增强, 但施氮量继续增加, 80 cm以下土层土壤贮水消耗量未显著增加。N3处理在拔节后株间蒸发量显著低于N1和N2处理, 开花后旗叶水分利用效率显著高于N1和N2处理, 但与N4和N5处理拔节后的株间蒸发量及开花后旗叶水分利用效率无显著差异。在本试验条件下, N3处理的产量、水分利用效率和降水利用效率最高, 氮肥生产效率也较高, 因此150 kg hm^-2是适宜的施氮量。     

冬小麦“一水千斤”简化栽培模式水分运筹规律研究

为进一步研究冬小麦节水灌溉,明确其水分运筹规律,2014—2015年度和2015—2016年度,在冬小麦全生育期降雨量与常年相当的情况下,采取趁墒播种等技术措施,示范研究了"一水千斤"简化栽培模式。试验表明:石家庄地区近十年冬小麦全生育期平均降雨量为132.4 mm,仅占平均需水量三分之一左右;不考虑0~40 cm水分活跃层的情况,40 cm以下土层土壤含水量随土层的下降呈逐渐增加的趋势,冬小麦拔节前各土层的含水量均在萎蔫系数之上;"一水千斤"模式下全生育期冬小麦平均耗水量4404.0 m~3/hm~2,土壤平均耗水量1852.5 m~3/hm~2,全生育期耗水量与常规灌溉模式下接近;明确了冀中南地区实施"一水千斤"模式实现节水与高产相统一,冬小麦灌水量应在1200 m~3/hm~2以上,全生育总耗水量应达到4650 m~3/hm~2以上。     

灌水对优质小麦光合生理特性及产量和品质的影响

本文通过不同的灌水处理对两个优质小麦品种光合生理特性及产量和品质的影响研究,结果表明:随着灌水次数的增加,两个优质小麦旗叶叶面积、叶绿素含量、净光合速率升高,叶片光合能力持续期延长。返青水对旗叶叶面积影响最大,拔节水、孕穗水对提高旗叶光合速率、叶绿素含量有重要作用。随着灌水次数的增加,临优145产量增加,营养品质指标改善,临汾138产量增加,灌2水的营养品质指标最高。灌水时期对优质小麦品质的影响,临优145和临汾138灌返青、孕穗水,小麦营养品质指标最佳,兼顾小麦营养品质、加工品质、产量和效益的灌溉方案,临优145适宜灌返青、孕穗、灌浆三水。临汾138适宜灌返青、孕穗二水。优质小麦的灌水次数和灌水时期与小麦品种本身的遗传特性有关。     

灌水时期和灌水量对小麦耗水特性和旗叶光合作用及产量的影响

在2004—2005和2005—2006小麦生长季,以济麦20、泰山23和泰山22为试验材料,研究了不灌水(W0)、拔节水60 mm (W1)、拔节水60 mm+开花水60 mm (W2)和拔节水60 mm+开花水60 mm+灌浆水60 mm (W3) 4个灌水处理条件下小麦耗水特性、旗叶光合作用和产量变化。结果表明,2004—2005生长季,济麦20和泰山23均以W2处理籽粒产量最高,耗水量和灌水效率分别高于和低于W1处理;两品种的水分利用效率均以W1和W2处理高于其他处理,其中济麦20的W1和W2处理无显著差异,而泰山23的W1处理高于W2处理。2005—2006生长季,济麦20和泰山22分别以W1和W2处理获得最高籽粒产量,两处理的耗水量(451.3 mm和459.2 mm)无显著差异;两品种的水分利用效率均以W0处理最高,W3处理最低,其中济麦20的W1处理高于W2处理,而泰山22在两处理间无显著差异。随灌水量的增加,土壤供水量和降水量占总耗水量的百分率降低,灌水量占总耗水量的百分率增大。济麦20的W0处理的旗叶光合速率和磷酸蔗糖合成酶活性在灌浆初期与W1和W2和W3处理无显著差异,灌浆中后期显著降低,但W0处理有利于蔗糖向籽粒转移,灌浆后期旗叶中蔗糖滞留较少,这是W0处理的粒重显著高于其他处理的生理原因之一。综合考虑籽粒产量、水分利用效率和灌水效率,在未灌底墒水条件下,济麦20和泰山23以拔节水灌60 mm或拔节水和开花水各灌60 mm为节水高产的模式;在灌底墒水60 mm条件下,济麦20以拔节水灌60 mm、泰山22以拔节水灌60 mm或拔节水和开花水各灌60 mm为节水高产的模式。     

灌溉和施氮方式对甘肃陇中黄土高原春小麦产量和土壤含水量与有效氮含量的影响

旨在研究影响小麦产量的最佳灌溉与施氮方式组合。以‘定西42号’春小麦为材料,采用水氮互作的方法,设4种灌溉量（单位面积水深50 mm、100 mm、150 mm、200 mm）和3种施肥方式（拔节期施纯氮肥40 kg/hm ²、开花期施纯氮肥40 kg/hm ²、拔节期和开花期施纯氮肥40 kg/hm ²和50 kg/hm ²）。（1）灌溉量150 mm与开花期施氮肥40 kg/hm ²处理时,小麦产量都最高。（2）灌溉量150 mm时各个土层含水量最高,不同施氮处理,各个土层含水量高低顺序为分蘖期<开花期<拔节期。（3）小麦植株耗水量随灌溉量增加而增加、水分利用效率随灌溉量增加而减少。（4）分蘖期灌溉量150 mm时各个土层硝态氮含量最高;拔节期,0~10 cm土层铵态氮和硝态氮含量最高;开花期,灌溉量150 mm和追施纯氮肥40 kg/hm ²时各个土层硝态氮和铵态氮含量最高。灌溉量150 mm和开花期施纯氮肥40 kg/hm ²方式搭配,对甘肃陇中黄土高原春小麦产量、土壤有效氮含量和水分节约最有益。     

灌水量对小麦籽粒粉含量和相关酶活性及水分利用效率的影响

在2004-2005年和2005-2006年小麦生长季,设置不同的灌水时期和灌水量处理,研究了小麦籽粒产量、籽粒淀粉含量、淀粉合成相关酶活性和水分利用效率。结果表明,全生育期不灌水条件下,籽粒中的可溶性淀粉合酶(SSS)和淀粉粒结合态淀粉合酶(GBSS)活性在灌浆初期显著升高,在灌浆中后期显著降低,同时灌浆后期支链淀粉、直链淀粉和总淀粉含量亦显著降低。拔节期和开花期每次灌水60 mm有利于小麦在灌浆中后期保持较高的SSS和GBSS活性,提高灌浆后期籽粒中的支链淀粉、直链淀粉和总淀粉含量;灌水量进一步增加时,灌浆中后期的SSS活性显著降低,GBSS活性升高,灌浆后期的支链淀粉含量降低,直链淀粉含量升高。在两个生长季中拔节期和开花期每次灌水60 mm处理的土壤贮水消耗量较高,水分利用效率最高和籽粒产量较高。在此基础上增加灌水量时,开花至成熟阶段0~60 cm土层的土壤含水量显著升高,土壤贮水消耗量降低,籽粒产量无显著变化,水分利用效率和灌溉水利用效率降低。     

测墒补灌条件下高产小麦品种水分利用特性及干物质积累和分配

2007-2009年连续2个小麦生长季,利用测墒补灌技术,设置0~140 cm土壤相对含水量低(拔节期65%, 开花期55%~60%)、中(拔节期75%, 开花期65%~70%)、高(拔节期75%, 开花期75%) 3个处理,比较了14个小麦生产品种的水分利用特性及干物质积累和分配的差异。以小麦籽粒产量和水分利用率为指标的聚类分析,将14个小麦品种分为3组,分别是超高产高水分利用率组(I组)、超高产中水分利用率组(II组)和高产低水分利用率组(III组)。比较各组代表品种的耗水量、耗水模系数及日耗水量,播种至拔节期山农15 (I组)显著低于济麦22 (II组)和烟农21 (III组),拔节至开花期山农15显著高于济麦22和烟农21,开花至成熟期品种间无显著差异。在中水分条件下,山农15的土壤贮水消耗量及其占总耗水量的比例显著高于济麦22和烟农21,而在低和高水分条件下,3个品种无显著差异。在中、高水分条件下,山农15开花期的干物质积累量显著高于济麦22和烟农21,成熟期与济麦22无显著差异,但显著高于烟农21;营养器官开花前贮藏同化物向籽粒的转运量和转运率及对籽粒的贡献率均显著高于济麦22和烟农21;3品种的经济系数以山农15最大,济麦22次之,烟农21最小。     

高产小麦耗水特性及干物质的积累与分配

在2005—2006年和2006—2007年小麦生长季降水量分别为128.0 mm和246.4 mm条件下, 采用不同灌水量处理, 研究了高产条件下冬小麦的耗水特性和小麦干物质的积累与分配。结果表明, 底水和拔节水分别灌溉60 mm处理(W2)在两个生长季获得了最高的籽粒产量, 2005—2006年生长季其水分利用效率和灌溉水的利用效率均显著高于其他灌水处理; 2006—2007年生长季, 其水分利用效率较高, 降水量、灌水量和土壤供水量分别占农田耗水量的47.32%、23.04%和29.64%; 与不灌水处理(W0)相比, 灌水处理显著提高开花后干物质的积累量和开花后干物质积累量对籽粒的贡献率, 以W2处理最高, 分别达8 241.59 kg hm-2和84.18%。灌水量过多显著减少光合产物向籽粒的分配, 使产量降低。随灌水量增加, 小麦全生育期耗水量显著增大, 灌水量占农田耗水量的比例增加, 降水量和土壤供水量占农田耗水量的比例均降低, 以土壤供水量所占比例降低最大。综合考虑小麦的籽粒产量和水分利用效率, 在本试验条件下, 以底水和拔节水各60 mm的灌溉量为最优。在小麦生长季降雨量为246.4 mm条件下, 仅灌60 mm底水亦可获得较高的籽粒产量, 其土壤供水量占农田耗水量的比例和灌溉水的利用效率高于底水和拔节水处理。     

灌溉和种植模式对冬小麦播前土壤含水量的消耗及水分利用效率的影响

为探讨华北平原地区冬小麦节水栽培的生产措施,2004-2006年,以冬小麦品种8049为试验材料,在大田4种灌溉条件下,研究了等行距平作、宽窄行平作、沟播和垄作4种种植模式对播前土壤含水量消耗及冬小麦耗水量、产量和水分利用效率的影响。结果表明,与等行距平作相比,另3种模式增加了播前土壤含水量的消耗,其耗水量显著提高,尤以沟播模式30 cm以下播前土壤含水量的消耗最为明显。和等行距平作相比,在灌拔节水+抽穗水和灌拔节水+抽穗水+灌浆水条件下,沟播模式显著提高冬小麦产量;而垄作模式的产量没有显著提高。在灌拔节水或灌拔节水+抽穗水条件下,沟播种植模式的水分利用效率显著高于其他3种种植模式。在本试验条件下,沟播种植结合灌拔节水或灌拔节水+抽穗水是一种值得推广的节水种植模式。     

亏缺灌溉下小麦水分利用效率与光合产物积累运转的相关研究

在大田栽培条件下,以小麦旱地品种晋麦47和西峰20、水旱兼用型品种石家庄8号和水地品种4185为材料,分别进行0水(T0)、一水(T1)和二水灌溉(T2)处理(每次灌水量60mm),研究了光合速率、叶面积指数、干物质积累与分配、根系分布、耗水量、产量因子与水分利用效率(WUE)的关系。结果表明,在拔节前不灌溉,拔节到开花期亏缺灌溉,促进干物质积累和深根发育。随着灌溉水的增加,耗水量显著增加,产量和WUE与耗水量呈二次曲线关系。T0处理显著减少了干物质积累和成穗数,产量、经济系数(HI)和WUE最低。T1和T2产量的提高主要是增加了穗数和穗粒数。灌浆期水分亏缺降低了光合速率(Pn)和气孔导度(Gs),加速了功能叶片的衰老,但诱导了花前储存碳库的再转运,显著提高了HI和产量。因此,在拔节和开花期亏缺灌溉促进根系生长,提高了土壤水分的利用效率。而产量和产量WUE的提高主要是由于增加了灌浆期叶片的Pn和光合功能持续期,促进花前储存碳库的再转运,显著提高了HI。